Studi Eksperimental Dan Simulasi Ansys 12 Pembuatan Aspal Polimer Dengan Perbandingan Campuran Polistirena Pada Aspal 0:50, 5:45, 15:35, 25:25 Dengan Agregat 300 Gr Pasir”

(1)

STUDI EKSPERIMENTAL DAN SIMULASI ANSYS 12

PEMBUATAN ASPAL POLIMER DENGAN PERBANDINGAN

CAMPURAN POLISTIRENA PADA ASPAL 0:50, 5:45, 15:35,

25:25 DENGAN AGREGAT 300 gr PASIR

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

DANNY PUTRA PRATAMA

NIM. 060401011

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

ABSTRAK

Dewasa ini infrastruktur jalan raya di Indonesia masih merupakan masalah besar karena sebahagian jalan raya ini perlu peremajaan atau perbaikan setiap tahunnya dan ini sangat memerlukan dana yang tidak sedikit.Salah satu yang sangat memungkinkan untuk meminimalisir biaya perbaikan adalah dengan mengkaji ketahanan aspal yang tahan lama dan berkualitas. Aspal polimer adalah suatu material yang dihasilkan dari modifikasi antara polimer dengan aspal. Umumnya dengan sedikit penambahan bahan polimer sudah dapat meningkatkan hasil ketahanan yang lebih baik terhadap keretakan-keretakan dan meningkatkan ketahanan dari kerusakan akibat umur sehingga menciptakan jalan lebih tahan lama.Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh kekuatan tekan dan ketahanan rendaman air pada aspal. Aspal polimer dibuat dengan cara mencampurkan Aspal dengan Polistirena yang dicampur bersama dengan agregat pasir halus kemudian ditambahkan Dikumil Peroksida (DCP) sebagai inisiator dan Divenil Benzena (DVB) sebagai pengikat. Pengujian yang dilakukan terhadap bahan ini yaitu uji penyerapan air, uji tekan statik dan simulasi dengan Ansys 12. Hasilnya menunjukkan bahwa penambahan 25 gr Polistirena pada 25 gr aspal dan 300 gr pasir halus efektif dalam meningkatkan sifat mekanik dari campuran aspal dimana dihasilkan kekuatan tekan maksimum sebesar 3,016 Mpa dan persentase penyerapan air sebesar 0.205%. Untuk uji tekan statik disimulasikan dengan menggunakan program Ansys 12.

Kata kunci : Aspal polimer, Aspal, Polistirena, Dikumil Peroksida (DCP),

(10)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas

segala karunia dan anugerah-Nya yang senantiasa diberikan sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana

Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera

Utara. Adapun Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Material Teknik,

yaitu “STUDI EKSPERIMENTAL DAN SIMULASI ANSYS 12 PEMBUATAN ASPAL POLIMER DENGAN PERBANDINGAN CAMPURAN POLISTIRENA PADA ASPAL 0:50, 5:45, 15:35, 25:25 DENGAN AGREGAT 300 gr PASIR”

Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala

kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh

dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen

Pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih

yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc. sebagai dosen pembimbing yang telah

banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga

tugas ini dapat terselesaikan.

2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir.M.Syahril Gultom,

MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas

(11)

3. Bapak Edy, dan Bapak Aman, dari Laboratorium Kimia Polimer MIPA

USU yang telah berkenan membantu penulis dalam pembuatan spesimen

dan pengujian tekan.

4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas

Teknik USU.

5. Orangtua tercinta (R. Perangin-angin dan D. Br Sebayang), kakak-kakak

yang saya sayangi (Lilyana, dan Lisa), dan teman-teman PERMATA atas

doa dan dukungan yang selalu menyertai saya dalam menyelesaikan

pendidikan ini.

6. Kepada teman seperjuangan teknik mesin khususnya stambuk 2006 yang

telah menemani,membantu dan menjadi teman diskusi penulis selama

mengikuti studi dan menyusun skripsi ini.

7. Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih jauh dari sempurna,

oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya

membangun demi penyempurnaan di masa mendatang.

Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita

semua.

Medan, September 2012

Penulis,

(12)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR TABEL ...viii

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR SIMBOL ... xii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Penelitian ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 4

1.3 Manfaat Penelitian ... 5

1.4 Batasan Masalah ... 5

1.5 Sistematika Penulisan ... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Polimer ... 8

2.1.1 Jenis - Jenis Polimer ... 10

2.1.2 Karakteristik Plastik... .... 12

2.2. Bahan Baku ... 20

2.2.1 Aspal ... 20

2.2.1.1 Jenis-jenis Aspal ... 21

(13)

2.2.2 Agregat ... 25

2.2.2.1 Penggunaan Pasir Sebagai Bahan Agregat... 27

2.2.3 Polistirena ... 28

2.2.4 Dikumil Peroksida ... 30

2.2.4.1 Penggunaan (DCP) Sebagai Inisiator... 30

2.2.4.2 Degradasi PS Dengan Inisiator DCP ... 32

2.2.5 Divenil Benzena (DVB) ... 33

2.3. Pengujian Mekanik ... 34

2.3.1 Uji Tekan statik ... 34

2.3.2 Respon Material Akibat Beban Tekan Statik ... 35

2.3.3 Sifat Mekanik ... 37

2.3.4 Uji Penyerapan Air (Water Absorption Test) ... 40

2.4 Metode Elemen Hingga ... 40

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Umum ... 43

3.2 Alur Penelitian ... 43

3.3 Waktu dan Tempat ... 44

3.4 Alat dan Bahan ... 44

3.4.1 Alat ... 44

3.4.2 Bahan ... 53

3.5 Prosedur Penelitian ... 55

3.5.1 Preparasi Agregat ... 55

(14)

3.5.3 Proses Pembuatan Aspal Polimer ... 56

3.6. Karakterisasi Aspal Polimer ... 58

3.6.1. Proses Pengujian Penyerapan Air ... 60

3.6.2. Proses Pengujian Kuat Tekan ... 60

3.7 Proses Simulasi Numerik ... 62

3.7.1 Simulasi Uji Tekan Statik ... 63

3.7.2 Tampilan Pembuka Ansys 12 ... 63

3.7.3 Pemodelan Spesimen ... 64

3.7.4 Mendefinisikan Elemen Type ... 65

3.7.5 Real Constants... 66

3.7.6 Mendefenisikan Model Bahan ... 67

3.7.7 Proses Meshing ... 68

3.7.8 Proses Solution ... 70

3.7.9 Proses Analyzing ... 72

3.8 Diagram Alir Penelitian ... 74

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian ... 75

4.1.1 Hasil Pengujian Daya Serap Air ... 75

4.1.2 Hasil Pengujian Kuat Tekan ... 76

4.2 Pembahasan ... 80

4.2.1 Pembahasan Pengujian Daya Serap Air... 80

4.2.2 Pembahasan Uji tekan... 82

(15)

4.2.3.1 Hasil SimulasiVariasi 0gr PS : 50gr Aspal ... 88

4.2.3.2 Hasil SimulasiVariasi 5gr PS : 45gr Aspal. ... 89

4.2.3.3 Hasil Simulasi Variasi 15gr PS : 35gr Aspal. ... 90

4.2.3.4 Hasil Simulasi Variasi 25gr PS : 25gr Aspal ... 91

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1Kesimpulan ... 94

5.2 Saran ... 95

DAFTAR PUSTAKA ... 96

LAMPIRAN A ... 100

LAMPIRAN B... 104

(16)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Penetrasi 60/70 ...24

Tabel 4.1 Data hasil uji daya serap air spesimen ASTM C 20-00-2005 ...75

Tabel 4.2 Data hasil uji tekan spesimen ASTM D 1559-76 ( Compressive

Strength Test ). ...77

Tabel 4.3 Hasil perhitungan % Daya serap air ...80

Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Uji Tekan ...83

Tabel 4.5 Perbandingan tegangan maksimum uji eksperimen dan

(17)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Klasifikasi polimer...12

Gambar 2.2 Struktur Dikumil Peroksida ...31

Gambar 2.3 (1),(2),(3),(4) Reaksi Degradasi Polistirena dengan Dikumil Peroksida ...33

Gambar 2.4 Struktur Divenil benzena ...33

Gambar 2.5 Pengujian beban tekan pada spesimen ...36

Gambar 2.6 Kurva F vs ∆l ...37

Gambar 2.7 Kurva tegangan-regangan ...39

Gambar 3.1 Gelas Beaker...45

Gambar 3.2 Gelas ukur 50 mL Pyrex ...46

Gambar 3.3Cetakan Sampel Kubus ...46

Gambar 3.4 Neraca Analitik ...47

Gambar 3.5 Hot Plate ...48

Gambar 3.6 Oven ...49

Gambar 3.7 Hot Compress ...50

Gambar 3.8 Mesin Uji Kuat Tekan ...51

Gambar 3.9 Aspal Penetrasi 60/70 ...53

Gambar 3.10 Polistirena ...53

Gambar 3.11 Pasir halus ...54

Gambar 3.12 Dikumil Peroksida ...54

(18)

Gambar 3.14 Skema pencampuran bahan aspal polimer ...57

Gambar 3.15 Bentuk spesimen aspal polistirena ...58

Gambar 3.16 Diagram pohon sampel hasil variasi komposisi volume bahan baku ...59

Gambar 3.17 Proses Perendaman Spesimen ...60

Gambar 3.18 Posisi Spesimen Sebelum Mendapatkan Perlakuan Tekanan ...61

Gambar 3.19 Proses Pengujian Kuat Tekan ...62

Gambar 3.20 Langkah-langkah simulasi pada Ansys 12 ...63

Gambar 3.21 Tampilan awal ansys 12 ...63

Gambar 3.22. Tampilan pembuatan gambar spesimenmelalui ansys ...64

Gambar 3.23 Model spesimen melalui Ansys ...65

Gambar 3.24.Tampilan element type dan ...66

Gambar 3.25. Tampilan Real Constants ...66

Gambar 3.26. Tampilan nilai modulus youngs dan poisson’s ratio pada ansys 12 ...67

Gambar 3.27 Tampilan nilai density pada ansys 12 ...68

Gambar 3.28 Proses meshing material ...69

Gambar 3.29 Gambar spesimen hasil meshing ...69

Gambar 3.30 Tampilan untuk membuat tumpuan ...70

Gambar 3.31 Tampilan untuk mendefinisikan beban ...71

Gambar 3.32. Tampilan analisa ...72

Gambar 3.33. Tampilan untuk melihat hasil analisa von mises ...73

Gambar 3.34. Tampilan untuk melihat hasil analisa displacement ...73

(19)

Gambar 4.1 Kurva load - stroke dengan Variasi Campuran 0 gr Polistirena : 50 gr

Aspal ...78

Gambar 4.2 Kurva Load-Stroke dengan variasi campuran 5 gr Polistirena : 45 gr Aspal ...78

Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara % Daya Serap Air dengan variasi polistirena:aspal ...81

Gambar 4.6 Gambar spesimen aspal polimer ...83

Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara Nilai F dan kuat tekan dengan variasi polistirena:aspal ...85

Gambar 4.8 Hasil simulasi voin mises untuk variasi 0gr PS : 50 gr Aspal ...88

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara tegangan maksimum hasil simulasi dengan variasi polistirena:aspal ...92

(20)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Nama Keterangan Satuan

A - luas penampang mm²

F - gaya N

σ sigma tegangan N/mm2

L - panjang mm

Δ

ε

Delta

ebsilon

Perubahan

penguluran

-

%

t - waktu s

T - suhu ºC

m - massa kg

E - modulus elastisitas N/mm2